IBM ha completato il collegamento di due moduli criogenici progettati per ospitare e connettere i processori dei suoi futuri computer quantistici. Il risultato riguarda uno degli elementi meno visibili ma più difficili da scalare di queste macchine: l’infrastruttura necessaria per mantenere i chip a temperature vicinissime allo zero assoluto e, allo stesso tempo, creare un numero crescente di connessioni tra processori diversi.
I due moduli operativi superano, nel loro insieme, i 2,4 metri in altezza e in larghezza. Secondo IBM, durante i test sono stati raffreddati congiuntamente fino a 4 gradi kelvin, la temperatura dell’elio liquido, in meno di cinque giorni. Il sistema ha quindi raggiunto una temperatura inferiore a 15 millikelvin. Il dato e le caratteristiche dell’architettura sono descritti anche nella documentazione tecnica pubblicata da IBM su Zenodo il 19 agosto 2026.
Il raffreddamento non rappresenta un requisito accessorio. I processori quantistici superconduttori utilizzati da IBM devono operare a temperature estremamente basse per preservare il più possibile gli stati quantistici dei qubit. Aumentare la dimensione dei computer significa quindi aumentare anche cablaggi, componenti elettronici, collegamenti e capacità dell’infrastruttura criogenica senza compromettere le condizioni necessarie al funzionamento dei processori.
Indice degli argomenti:
Perché IBM punta su un sistema modulare
La scelta progettuale consiste nel rinunciare a un unico grande criostato da ridisegnare ogni volta che cresce il numero dei processori. IBM ha sviluppato moduli a forma di box che possono essere installati uno accanto all’altro e collegati all’interno di un ambiente condiviso.
Ogni modulo dispone di una camera a vuoto che, secondo i dati diffusi dall’azienda, offre fino a dodici volte più spazio per il cablaggio rispetto ai sistemi quantistici IBM oggi maggiormente utilizzati. Lo spazio aggiuntivo serve ad aumentare le connessioni tra chip presenti nello stesso modulo e quelle tra processori installati in moduli differenti.
IBM descrive l’architettura come una base espandibile, pensata per evitare la sostituzione completa dell’infrastruttura criogenica a ogni nuova generazione dell’hardware.
Il problema riguarda direttamente la possibilità di costruire computer quantistici di dimensioni molto superiori a quelle attuali. Inserire un numero crescente di qubit su un solo chip incontra limiti fisici e ingegneristici. Una delle strade seguite dal settore consiste quindi nel collegare più processori e farli funzionare come parti della stessa macchina.
La modularità sposta una parte della difficoltà dal singolo chip all’intero sistema: servono connessioni capaci di trasferire informazione quantistica, sistemi di controllo coordinati, cablaggi più complessi e un ambiente termico sufficientemente stabile per tutti i processori coinvolti.
Gli L-coupler dovranno collegare i processori
L’architettura criogenica è stata dimensionata anche per ospitare gli L-coupler sviluppati da IBM. Si tratta di collegamenti progettati per mettere in comunicazione processori quantistici distinti all’interno dei frigoriferi a diluizione.
IBM aveva già dimostrato questa tecnologia nel 2024. Nel progetto attuale gli L-coupler sono destinati a consentire a chip separati di condividere informazioni e operare come componenti di un sistema più grande. Il blog tecnico pubblicato dall’azienda precisa che questi collegamenti possono estendersi su distanze dell’ordine di un metro all’interno dell’infrastruttura criogenica.
La roadmap assegna a questa tecnologia un ruolo preciso nella crescita dell’hardware. IBM prevede di utilizzarla entro il 2027 per collegare più processori in un sistema con almeno mille qubit programmabili, cioè direttamente disponibili per l’esecuzione delle elaborazioni. La scadenza rappresenta un obiettivo industriale indicato dall’azienda e resta quindi soggetta all’effettivo avanzamento dello sviluppo.
Prima di arrivare a quella configurazione, IBM intende installare entro il 2026 processori Quantum Nighthawk nei nuovi moduli per estendere i test operativi. Nella roadmap aggiornata, Nighthawk è la famiglia destinata ad aumentare progressivamente la dimensione e la complessità dei circuiti eseguibili sull’hardware quantistico IBM.
Il traguardo dichiarato è Starling nel 2029
I nuovi criostati fanno parte di un programma più ampio che IBM vuole portare a IBM Quantum Starling. L’azienda ha presentato formalmente il progetto il 10 giugno 2025 e continua a indicare il 2029 come anno previsto per la disponibilità del sistema.
Starling dovrebbe utilizzare 200 qubit logici ed eseguire circuiti fino a 100 milioni di porte quantistiche. IBM lo presenta come il proprio primo computer quantistico fault-tolerant su larga scala, costruito nel data center quantistico di Poughkeepsie, nello Stato di New York. La roadmap pubblicata dall’azienda avverte esplicitamente che le informazioni sulle tappe future rappresentano intenzioni e obiettivi e possono essere modificate o ritirate.
La distinzione tra qubit fisici e logici è centrale. Un qubit fisico è il componente hardware che esegue le operazioni quantistiche, ma è vulnerabile a rumore e altri errori. Un qubit logico utilizza invece più qubit fisici e procedure di correzione per conservare l’informazione in modo più affidabile.
Per questo un computer fault-tolerant non coincide semplicemente con una macchina dotata di un numero molto elevato di qubit. Deve riuscire a individuare e correggere gli errori durante il calcolo mantenendo un livello di affidabilità sufficiente per eseguire algoritmi lunghi e complessi.
La correzione degli errori resta il nodo centrale
IBM lega lo sviluppo di Starling ai progressi compiuti nella quantum error correction. Nel marzo 2024 un gruppo di ricercatori dell’azienda ha pubblicato su Nature uno studio dedicato a una famiglia di codici qLDPC, basata sui cosiddetti bivariate bicycle codes. L’obiettivo è ridurre il numero di qubit fisici necessari per costruire qubit logici affidabili rispetto ad altre architetture di correzione degli errori.
La roadmap presentata nel giugno 2025 integra questi codici con processori, decoder e collegamenti modulari. Secondo il progetto IBM, la fault tolerance richiederà che tutte queste componenti funzionino contemporaneamente: l’aumento dei qubit, da solo, non risolve il problema degli errori, mentre un codice efficiente non basta se l’hardware non può essere collegato e controllato alla scala richiesta.
L’infrastruttura criogenica annunciata ad agosto interviene quindi su un problema diverso da quello affrontato dai codici di correzione, ma necessario allo stesso progetto. Se una futura macchina dovrà distribuire qubit fisici su più processori, dovrà ospitarli in un sistema capace di farli lavorare insieme mantenendo temperature, cablaggi e interconnessioni compatibili con l’operatività quantistica.
Migliaia di qubit in ogni modulo
IBM prevede che, quando Starling entrerà in funzione, ciascuno dei nuovi moduli criogenici possa ospitare migliaia di qubit. Il numero indica la capacità progettuale dell’infrastruttura, non le caratteristiche di una macchina già realizzata.
Il passaggio dai due prototipi collegati a un computer fault-tolerant richiede ancora diverse tappe. La roadmap IBM comprende nuovi processori, collegamenti tra moduli, sistemi di decodifica in tempo reale e un’architettura capace di eseguire operazioni su qubit logici con correzione degli errori. L’azienda intende utilizzare proprio i nuovi criostati come piattaforma sulla quale provare e aggiornare questi componenti prima dell’arrivo di Starling.
Tre elementi già presenti nell’ambiente di IBM Quantum System Two sono integrati nella nuova architettura, ma possono essere testati e modificati separatamente. Per IBM questa impostazione dovrebbe ridurre i tempi necessari per introdurre nuove versioni dell’hardware e consentire interventi sui singoli sottosistemi senza riprogettare l’intera struttura.
Gambetta: servono progressi su più tecnologie
Jay Gambetta, director of IBM Research e IBM Fellow, collega il risultato ottenuto sull’infrastruttura criogenica al lavoro che l’azienda sta portando avanti sugli altri elementi della macchina.
“Portare il quantum computing fault-tolerant nelle applicazioni industriali richiede una serie di avanzamenti fondamentali”, ha dichiarato Gambetta. “Il successo nel collegamento e nell’operatività di questi moduli criogenici rappresenta un importante passo avanti in questa direzione e accelererà ulteriormente i nostri progressi, insieme all’innovazione continua nell’hardware, nel software e negli algoritmi quantistici.”
L’annuncio documenta quindi un risultato ingegneristico già ottenuto — due moduli collegati e raffreddati nello stesso ambiente — all’interno di un programma nel quale i risultati principali restano ancora futuri. IBM dovrà trasformare la capacità di raffreddare e collegare l’infrastruttura nella capacità di far funzionare insieme grandi quantità di hardware quantistico corretto dagli errori.
La verifica decisiva arriverà con le prossime tappe della roadmap. Il passaggio previsto attraverso Nighthawk e i sistemi modulari da almeno mille qubit programmabili dovrà dimostrare che l’architettura può crescere mantenendo controllo, connettività e prestazioni. Starling, secondo i programmi dichiarati da IBM, dovrà portare nel 2029 questi sviluppi in una macchina da 200 qubit logici e 100 milioni di operazioni quantistiche.
Partecipa alla community